CN104066496B - 使含水分散体再生的方法和用于电渗析的池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及借助电渗析降低有机粘合剂或无机固体的含水分散体的离子强度或减少其中的某些多价离子的方法，以及适于本发明方法的池组(100)。本发明方法容许通过调节所述离子强度或某些多价离子的浓度来稳定分散组分的含水组合物，并且由此显著增加例如镀槽的耐久性和通过次数。更具体地，使用所述方法从阴离子稳定的含水粘合剂分散体去除多价金属阳离子。一种具体的应用在于，从自泳槽去除锌、铁和铝的多价阳离子，所述自泳槽含有阴离子分散的有机粘合剂和可能地用于在金属部件上形成保护层的无机颜料，所述阳离子在表面至少部分由锌、铁和/或铝制成的大量部件通过时由于浸洗过程而积聚在所述槽中。

Description

使含水分散体再生的方法和用于电渗析的池组
本发明涉及使用电渗析降低有机粘合剂或无机固体的含水分散体的离子强度或某些多价离子的方法，以及适于本发明方法的池组(cell pack)。本发明方法使得可通过调节离子强度或某些多价离子的浓度稳定分散组分的含水组合物，并且由此显著延长例如镀槽的使用寿命。具体地，这种方法用于从阴离子稳定的含水粘合剂分散体去除多价金属阳离子。一种具体的应用在于，从自泳槽去除锌、铁和铝的多价阳离子，所述自泳槽含有阴离子分散的有机粘合剂和任选存在的无机颜料，用于在金属部件上形成保护性涂层，在大量部件通过期间由于浸洗过程其阳离子富集在槽中，所述部件的表面至少部分由锌、铁和/或铝制成。
在多种用于部件和半成品的表面处理的工业过程中使用含有分散的活性组分的含水组合物，其中通常通过喷雾或浸渍使部件和半成品与含水分散体接触。在大多数情况下，出于表面精加工的目的与部件和半成品接触的含水分散体在分散体变得缺少活性组分以致于对于期望的成功处理必须添加附加的活性组分之前可应用多次。因此，用于表面处理的含水分散体在与部件接触之后收集或储存在浸渍槽中，并任选地进行处理和再生，以使其可再次应用于表面处理。这种类型的重复或连续应用产生粘附到部件的污染物，所述污染物被含水分散体吸收并随时间而富集。尤其严重的是含水分散体的盐化，即夹带盐，因为这导致分散的活性组分的稳定性显著降低。随着离子强度增加，分散体趋向于聚结，因为分散的活性组分的带相同电荷的电解双层之间的静电排斥力显著减弱，因此对热力学有利的聚结的抑制较不强烈。分散的活性组分的进行性聚结产生技术问题，一方面，由于沉降的活性组分不再可用于表面精加工，另一方面，由于表面精加工的结果通常在一定程度上取决于分散的活性组分的尺寸分布。
例如，防腐蚀磷酸盐化之前的车体活化可用微溶性磷酸盐或钛盐的含水胶质组合物实现，其在金属表面上形成晶核以用于后续的磷酸盐化。这种类型的活化槽描述于EP0977908或WO 94/029495中。活性组分仅在其 不超过特定的粒子尺寸的情况下拥有形成晶核的能力。在汽车制造中，在磷酸盐化流水线中，通常通过喷雾或浸渍使车体与活化溶液接触，期间，污染物特别是盐由车体引入活化溶液中。将某些不想要的多价离子从例如待处理的金属主体夹带到这些用于磷酸盐化的活化槽中可由于伴随的聚结加速而导致活化溶液更快速地消耗，因此，这个溶液不得不过早地丢弃或通过添加浓缩液而再生。因此，这种类型的特殊盐化或夹带不想要的离子仅在特定的浓度范围内才容许。
有机粘合剂分散体的稳定性在一定程度上也受多价离子的引入影响。例如，在汽车工业中，在喷漆房的湿式洗涤中，通常使用铝盐作为用于分离涂层组分的辅助物质。然而，在许多应用中，着重于保持含水粘合剂分散体的稳定性。例如，在防腐蚀磷酸盐化之后，通常给车体提供浸渍涂料。浸渍涂料是一种或多种有机粘合剂的水基分散体，其以无电方式或在施加外部电压下在浸没于浸渍涂料中后沉积在车体上。浸渍涂料中粘合剂的沉积机制基于以下事实：车体表面的紧邻区域中分散的粘合剂的表面电荷被去除，由此发生粘合剂粒子的聚结和沉积。因此，如果特定离子物质的浓度过大，浸渍涂层往往由于其施加而聚结。相反，这意味着，某些离子的夹带或富集可显著地降低浸渍涂料的稳定性。通常，阳极或自泳浸渍涂料基本上由阴离子稳定的粘合剂组分组成，所述粘合剂组分在多价阳离子存在下可快速聚结。
因此，需要调节无机固体和/或有机粘合剂的含水分散体的离子强度或其中某些多价离子的浓度，以在长时间内保持分散体的稳定性。为此，需要建立使含水分散体中的多价阳离子选择性缺少而不会显著降低分散的活性组分的比例的方法。
先前技术中存在多种已经建立的用于这个目的的分离方法，其中通过膜发生选择性质量转移。当然，本领域的技术人员众所周知，可利用排阻限恰好低于分散的活性组分的平均粒子尺寸的过滤从水相分离活性组分。然而，所谓的“滤饼形成”过滤方法并不适于获得含有多余或不想要的多价离子的滤液，因为由保留的活性组分组成的滤饼仅可在付出极大努力下再分散。作为错流过滤操作的膜过滤方法原则上适于获得滤液，其中，不想要的离子还可使用离子交换膜从渗余物选择性地去除。然而，含水分散体在 所谓的错流过滤中经受高剪切应力，从而导致分散的成分在过滤器单元和泵中聚结。这种现象通常在有机粘合剂的分散体中发生，因此，例如浸渍涂料的错流过滤不能用于降低离子强度。以下事实为过滤方法所共有：在将滤液能够进料回分散体之前多余或不想要的多价离子必须通过例如沉淀首先从滤液去除，从而导致分散体的离子强度或某些多价离子的浓度总体降低。因此，从过程工程的角度来看，使用过滤方法降低离子强度极其复杂，甚至在分散体对于剪切应力存在足够高的稳定性的情况下。
从DE 3431276可获知降低树脂分散体的离子强度的方法，所述方法适于在没有外部电流的情况下有机涂料在金属表面优选铁表面上的自沉积。这里，也使离子强度特别是铁离子的浓度降低，以稳定自泳槽中的粘合剂体系抵抗聚结。DE 3431276通过使滤液(即，富集不想要的离子的水相)再循环避免了导致涂料成分聚结的高剪切应力的问题，同时分散体本身不在过滤器模块中的离子交换膜上流动，而是仅与这些离子交换膜接触。这种方法实现了粘合剂的含水分散体中的离子载荷的受控降低，但过滤器模块必须定期回洗以从膜表面去除粘合剂粒子，从而确保一贯的分离性能。
WO 02/18029公开从含有分散在水中的有机粘合剂的自泳槽选择性分离多价阳离子的方法，所述粘合剂在元素铁和锌的多价阳离子存在下往往快速聚结。根据这种方法，向富集多价阳离子的槽供应酸性选择性阳离子交换剂，由此实现离子的减少。阳离子交换剂必须每隔一定间隔再生。
本发明的目的在于，提供降低有机粘合剂和/或无机固体的含水分散体的离子强度或其中多价离子的浓度的替代方法，其中，事实上，含水分散体中的某些多价阳离子或阴离子的浓度可以有效地降低，而分散的活性组分不会不可逆地被去除。所述方法应适合用于表面处理方法的连续操作，其中，离子强度或某些多价离子的浓度的降低应在最少维护下进行。所述方法应尤其适于有效调节含有分散的有机粘合剂的酸性含水沉积槽中可能造成粘合剂聚结的多价离子特别是铁离子、锌离子和铝离子的浓度，所述沉积槽设计成通过自泳操作。
这个目的通过电渗析方法实现，
-其中，将来自含有槽液体的含水槽的槽液体的体积流VB和来自储存浓缩液的浓缩液储存器的含水浓缩液的体积流VK进料到用于电渗析的池组 中，所述槽液体含有分散的有机粘合剂和/或分散的无机固体以及多价阳离子和/或多价阴离子，所述池组包括彼此间隔的多个膜的膜堆(membrane stack)，在槽液体中含有不想要的多价阳离子的情况下，其仅包含阳离子交换剂，并且在槽液体中含有不想要的多价阴离子的情况下，其仅包含阴离子交换剂，以及导电集电器，所述集电器在堆叠的方向上在两侧确定膜堆的界限，
-其中，体积流VB和VK在池组内分成部分体积流δi(VB)和δi(VK)，它们彼此空间分离地且与膜堆的膜系列的表面法线正交地流动通过由这个系列的直接相邻和间隔的膜形成的区段，其中，仅槽液体的部分体积流δi(VB)流动通过的所述膜系列的区段与仅浓缩液的部分体积流δi(VK)流动通过的所述膜系列的区段在堆叠方向上交替，其中，在所述膜系列的所述区段内，槽液体以层流方式在相邻的膜上流动，
-其中，膜堆在面向直接相邻的集电器的侧上的各外膜与含水电解液接触，所述含水电解液通过相应集电器和相应外膜形成的区段与含水浓缩液和槽液体在空间上间隔，或同样供应以含水浓缩液的部分体积流δi(VK)的流动，
-其中，以一定间隔或持久地，向导电集电器施加电压，所述导电集电器与含水电解液和/或含水浓缩液接触，其中，电压足够高，以造成含水电解液和/或浓缩液电解分解，
-并且其中，槽液体的部分体积流δi(VB)在通过膜堆后合并，并且进料回含水槽中，而含水浓缩液的部分体积流δi(VK)在通过膜堆后合并，并且至少部分转移到浓缩液储存器中。
在本发明的含义内，当槽液体中超过阈浓度时，就槽的特定预期应用而言，降低槽的质量的那些多价离子是不想要的。因此，不想要的多价离子始终是在含有有机粘合剂和/或无机固体的槽液体中具有聚结效应的离子。
根据本发明，阳离子交换剂或阴离子交换剂被认为是具有离子化官能团和自由移动的抗衡离子的聚合材料，其中，在各情况下，基于自由移动的抗衡离子，离子交换剂中阳离子对阴离子的比率或阴离子对阳离子的比率大于1。根据本发明方法，由于仅使用相同类型的选择性离子交换膜，各 交换膜在一侧具有槽液体的流动并且在另一侧具有含水浓缩液的流动，因此，本发明方法使得不想要的多价阳离子或阴离子能够从槽液体迁移出来进入含水浓缩液中，并使不想要的多价离子富集在浓缩液中。同样，不想要的多价阳离子直接富集在与作为阴极连接的集电器接触的含水电解液中，而不想要的多价阴离子直接富集在与作为阳极连接的集电器接触的电解液中。同时，通过仅使用相同类型的选择性离子交换膜，避免了分散的成分由于膜表面的表面电荷而聚结在膜表面上，所述表面电荷通常与不想要的多价离子的电荷相反。
同时，由于槽液体在离子交换膜上的层流，因此，在本发明方法的池组内存在非常温和的剪切应力。以这种方式同样避免了由槽液体的剪切应力引起的分散固体部分的聚结，因此，没有聚结物进入槽中，并且池组在槽液体流动的区段内不会阻塞。
根据本发明，槽液体在膜上层流的特征在于，槽液体在层流边界层的外面沿着膜的轮廓前行，并且流体不分开或不变成湍流。
出于这个目的，在本发明的优选方法中满足以下两个条件中的至少一个条件：
i)无因次雷诺数(Reynolds number)定义为槽液体流动通过的膜堆区段中的平均流速与部分体积流δi(VB)流动通过的相同区段内膜之间的间距的乘积除以槽液体的运动粘度，其小于2000，尤其优选小于1000，尤其小于100。雷诺数如下计算：
Re：雷诺数
v：槽液体流动通过的膜堆区段中的平均流速[m/s]
d：槽液体流动通过的区段内在与膜的表面垂直的方向上膜之间的间距[m]
ν：在槽液体的相应温度下，槽液体的运动粘度[m2s-1]
ii)具有部分体积流δi(VB)的槽液体流动通过的池组区段内槽液体的平均流速(米/秒)对这些区段内在与膜的表面垂直的方向上膜之间的间距(米)的比率小于100，优选小于20。
平均流速在理论上优选从相应部分体积流δi(VB)、由与流动方向正交的膜间隔件确定界限的相应区段的内部空间的最大宽度和体积因子如下计算：
V：槽液体的平均流速[m/s]
δi(VB)：区段内槽液体的部分体积流[m3/s]
d：区段中在与膜的表面垂直的方向上膜之间的间距[m]
l：相应区段的内部空间的最大宽度[m]，所述内部空间由与流动方向正交并且与膜的表面法线正交的膜间隔件确定界限，所述膜由区段间隔开
x(VB)：区段体积因子，它表示相应部分体积流δi(VB)流动通过的区段内自由流体可透过的体积的比例[0<x(VB)≤1]。
池组的区段是由直接相邻的膜和膜间隔件确定界限的空间体积(“区段体积”)，在所述区段内，部分体积流δi(VB)或δi(VK)彼此分开地流动。
本发明方法中的槽液体在槽液体的相应温度下优选在20℃下优选具有至少0.8mPas且不大于20mPas的动态粘度，而与池组的膜的表面法线正交的槽液体的流动以优选不大于0.1m/s、尤其优选不大于0.01m/s的平均流速进行。
在优选方法中，在由膜系列形成的池组的区段内额外满足以下条件：
大于3，优选大于4，
其中
δi(VB)表示区段内槽液体的部分体积流[m3/s]
δi(VK)表示区段内浓缩液的部分体积流[m3/s]
dB、dK表示相应区段中在与膜的表面垂直的方向上膜之间的间距[m]，并且
x(VK；VB)表示区段体积因子，它表示在各情况下流动通过的区段内自由流体可透过的体积的份额
[0<x(VK；VB)≤1]。
如果额外满足这个条件，那么与槽液体流动通过的区段中的层流相比，在浓缩液流动通过的膜堆区段中产生实质上更强的流动。由于在浓缩液流动通过的区段中由此增加的对流，实现了区段体积的快速混合，并且在膜的堆叠方向上质量转移增加。
在本发明的优选方法中，向池组的集电器施加的电压具有以下效应：产生至少0.1mAcm-2、优选至少1mAcm-2但优选不大于10mAcm-2的电流密度。
此外，优选地，向集电器施加整流电压，并且在所述方法期间不发生电极反转，其中电压尤其优选通过恒电位脉冲施加，在这种情况下，脉冲持续时间，即单个脉冲的持续时间优选在0.5秒到50秒的范围内，尤其优选在0.8秒到2秒的范围内，并且脉冲的暂停阶段，即两个脉冲之间的期间不向集电器施加电压的阶段优选在0.2秒到10秒的范围内，尤其优选在0.4秒到1秒的范围内。以一定间隔施加整流电压具有以下优点：分散在槽液体中的固体部分由于其在电场中的迁移而积聚在其上流动槽液体的膜上，其可在中断电压后在流场中输送走，由此防止分散的固体的可能聚结和相关的膜阻塞。
在本发明的优选方法中，集电器具有平面构造，并且仅在其面向膜堆的内表面上与电解液接触，并且集电器尤其优选构造成与池组的膜堆的膜具有相同的尺寸。
在本发明方法中，膜优选采取矩形表面的形式，其中矩形表面的边优选长至少0.05m，但优选不长于1.0m。
集电器尤其可由耐腐蚀合金，例如镍-钼合金()制成，或代表层压有铂或石墨的金属或金属导电支撑材料。除电极材料的耐腐蚀性和耐磨性以外，经济上可行的方法还要求，用于分解电解液的对应电化学部分反应的电极材料展示最低的可能过电压，因此，集电器通常在与含水电解液和/或含水浓缩液接触的区域中涂覆有元素铂、钌和/或铱的贵金属。
在本发明方法的优选实施方案中，含水电解液的体积流VE从储存含水电解液的电解液储存器进料到池组中，所述体积流在池组内分成部分体积流δi(VE)，所述部分体积流与膜堆的外膜的表面法线正交地流动通过由集电器和直接相邻的外膜形成的池组区段，其中，在流动通过所述区段后， 部分体积流δi(VE)优选在池组内合并，并且优选至少部分转移到浓缩液储存器中。因此，在这个优选实施方案中，总共三个单独的体积流VB、VK和VE彼此独立地进料到池组中，并在那里分成部分体积流，各部分体积流与堆叠方向正交地流动。这个实施方案使得电解过程能够独立于浓缩液基于浓缩液和电解液的独立的体积流最优化，由此可实现例如低分解电压。此外，有利地，电解液可独立于浓缩液交换或再生。
另外，在本发明的减少槽液体中的不想要的多价离子的方法中，优选地，将含水电解液的体积流VE进料到池组中彼此分开的各阳极电解液和阴极电解液中，由此，以这种方式，阳极电解液和阴极电解液可彼此独立地交换或再生。这具有以下优点：由于阴极电解液和阳极电解液的材料循环分开，在膜堆的区段内对于不想要的多价离子的浓度不会达到稳态，因为本发明的使用阳离子交换剂的阴极电解液或使用阴离子交换剂的阳极电解液分别代表多价阳离子或阴离子的接收槽，因此，阴极电解液或阳极电解液中相应不想要的多价阳离子或阴离子的浓度分别恒定地增加，而在膜堆的所有其它区段中，它恒定地降低。
在本发明方法的从过程工程的角度来看较不复杂的替代实施方案中，未额外向池组中进给含水电解液，并且膜堆仅由所述膜系列的膜组成，在所述膜系列内，各膜在一侧供应槽液体的层流，并且槽液体流动通过的区段与含水浓缩液流动通过的区段交替。因此，在这个实施方案中，仅体积流VB和VK进料到池组中。
因此，对于这种优选情况，本发明方法简化为用于减少含水槽中的不想要的多价离子的电渗析方法，
-其中，将来自含有槽液体的槽的槽液体的体积流VB和来自储存浓缩液的浓缩液储存器的含水浓缩液的体积流VK进料到用于电渗析的池组中，所述槽液体含有分散的有机粘合剂和/或分散的无机固体以及多价阳离子和/或多价阴离子，所述池组包括膜堆，在槽液体中含有不想要的多价阳离子的情况下，其仅包含阳离子交换剂，并且在槽液体中含有不想要的多价阴离子的情况下，其仅包含阴离子交换剂，以及导电集电器，所述集电器在堆叠方向上在两侧确定膜堆的界限，
-其中，体积流VB和VK在池组内分成部分体积流δi(VB)和δi(VK)，它 们彼此空间分离地且与膜堆的膜的表面法线正交地流动通过由这个系列的直接相邻和间隔的膜形成的区段，其中，仅槽液体的部分体积流δi(VB)流动通过的区段与仅浓缩液的部分体积流δi(VK)流动通过的那些区段在堆叠方向上交替，其中，在所述区段内，槽液体以层流方式在相邻的膜上流动，
-其中，膜堆在面向直接相邻的集电器的侧上的每个外膜供应以含水浓缩液的部分体积流δi(VK)的流动，
-其中，以一定间隔或持久地，向导电集电器施加电压，所述导电集电器与含水浓缩液接触，其中，电压足够高，以造成含水浓缩液电解分解，
-并且其中，槽液体的部分体积流δi(VB)在通过膜堆后合并，并且进料回含水槽中，而含水浓缩液的部分体积流δi(VK)在通过膜堆后合并，并且至少部分转移到浓缩液储存器中。
在这个方法中，在浓缩液流动通过的膜堆区段中发生富集，并且在槽液体流动通过的膜堆区段中发生缺失，直到对于一种或多种阳离子或阴离子物质达到稳态。然而，这种相对较缓和的富集影响浓缩液流动通过的所有膜堆区段，其具有以下具体优点，在本发明的减少槽液体中的多价阳离子的方法中，由于这个方法的性质，可大大防止阴极电解液中微溶性氢氧化物的沉淀。
部分体积流δi(VB)、δi(VK)和δi(VE)与膜的堆叠方向正交地流动，并且流动通过膜堆所跨越的池组的各个区段，在本发明方法的优选实施方案中，所述部分体积流处于相同的取向，即，它们以共同的方向流动通过膜堆的区段。
在本发明方法中，含水电解液和含水浓缩液优选具有至少1mScm-1并且尤其优选至少10mScm-1的比电导率。
本发明方法的浓缩液中不想要的多价离子物质的浓度优选低于临界浓度。含水浓缩液中不想要的多价离子物质的临界浓度是槽液体中相同的不想要的多价离子物质的浓度乘以一个比率，所述比率是浓缩液中所有其它与不想要的离子物质具有相同电荷的离子物质的电荷数、浓度和离子迁移率的乘积之和对槽液体中所有其它与不想要的离子物质具有相同电荷的离子物质的电荷数、浓度和离子迁移率的乘积之和的比率。因此，对于不想要的多价离子的临界浓度，以下关系适用：
浓缩液中不想要的多价离子物质的临界浓度[mol/l]
cs(B)：槽液体中不想要的多价离子物质的浓度[mol/l]
ziuici(K)：浓缩液中与不想要的离子物质具有相同电荷的离子物质i的电荷数、离子迁移率和浓度的乘积
zjujcj(B)：槽液体中与不想要的离子物质具有相同电荷的离子物质j的电荷数、离子迁移率和浓度的乘积
zi、zj：离子物质i、j的电荷数
ui、uj：离子物质i、j的离子迁移率[m2s-1V-1]
ci、cj：离子物质i、j的浓度[mol/l]
浓缩液中不想要的多价离子物质高于这个临界浓度，在本发明方法中，不能有效地实现槽液体中相同离子的比例的降低。在本发明的优选方法中，尤其在电解液与浓缩液相同的方法中，其中膜堆仅含有来自膜系列的膜，并且仅将体积流VB和VK进料到池组中，因此，浓缩液的部分体积连续地或不连续地用浓缩液溶液替换，所述浓缩液溶液不含不想要的多价离子并且优选为电导率至少为1mScm-1的含水溶液，或者通过浓缩液的沉淀和过滤去除不想要的多价离子，以确保浓缩液中不想要的多价离子的比例不会高于其相应临界浓度。在这种情况下，优选程序是，以分析方式监测浓缩液中不想要的多价离子的比例，以在其达到临界浓度时至少部分地用新鲜的浓缩液溶液替换浓缩液或添加试剂而使不想要的多价离子沉淀，由此浓缩液中不想要的多价离子的浓度不超过相应临界浓度。
在本发明方法中，优选地，浓缩液中的电荷输送主要通过水合氢离子或氢氧离子进行，因为这些离子在含水溶液中具有最高的离子迁移率，因此，浓缩液中不想要的多价离子的临界浓度采取相对较高的值，因此，槽液体中相应不想要的多价离子物质可有效地减少。
为从槽液体去除不想要的多价阳离子，浓缩液优选具有低于3、尤其优选低于2的pH值，但为避免阳离子交换剂的降解，pH值优选不低于0.5。 此外，在从槽液体去除不想要的多价阳离子的方法中，槽液体的pH值对含水浓缩液的pH值的比率优选大于1，特别地，浓缩液的pH值比槽液体的pH值至少低一个单位。
在降低槽液体中不想要的多价阳离子的浓度的优选方法中，优选用强酸调整浓缩液的pH值，所述强酸选自硫酸、盐酸、高氯酸和硝酸，并且尤其优选使用硫酸来调整pH值。类似地，在降低槽液体中不想要的多价阴离子的浓度的方法中，浓缩液优选具有大于11、尤其优选大于12的pH值，但为避免阴离子交换剂的降解，pH值优选不大于13.5。此外，用类推的方法，在从槽液体去除不想要的多价阴离子的方法中，槽液体的pH值对含水浓缩液的pH值的比率优选小于1，特别地，浓缩液的pH值比槽液体的pH值至少大一个单位。
在降低槽液体中不想要的多价阴离子的浓度的优选方法中，优选用碱调整浓缩液的pH值，所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钙和氨，并且尤其优选使用氢氧化钠来调整pH值。
由于与浓缩液的酸度或碱度有关的这些措施，浓缩液中高浓度的不想要的多价离子成为可能。
上文提及的与浓缩液的组合物有关的本发明方法的优选实施方案以类似的方式适用于电解液的组合物，其同样构成与电解液有关的本发明方法的优选实施方案。
浓缩液中不想要的多价离子的浓度改善还可利用以下事实实现：供应槽液体流动的膜堆的膜在堆叠方向上交替地选择性地可透过单价和多价离子。
本发明的降低槽液体中不想要的多价阳离子的浓度的优选方法因如下事实而与众不同：膜系列的膜选择性地可透过多价阳离子，优选不想要的多价阳离子，膜系列中每个膜在一侧供应槽液体的层流并且在面向阴极的一侧供应含水浓缩液的流动或与含水电解液接触，而膜系列的膜选择性地可透过单价阳离子，膜系列中每个膜在一侧供应槽液体的层流并且在面向阳极的一侧供应含水浓缩液的流动或与含水电解液接触。
类似的降低槽液体中不想要的多价阴离子的浓度的优选方法因如下事实而与众不同：膜系列的膜选择性地可透过单价阴离子，膜系列中每个 膜在一侧供应槽液体的层流并且在面向阴极的一侧供应含水浓缩液的流动或与含水电解液接触，而膜系列的膜选择性地可透过多价阴离子，优选不想要的多价阴离子，膜系列中每个膜在一侧供应槽液体的层流并且在面向阳极的一侧供应含水浓缩液的流动或与含水电解液接触。
选择性可透过的离子交换膜可在市场上买到，并且基于所谓的螯合树脂，所述螯合树脂对浓缩液和电解液中某些不想要的多价离子或某些单价离子具有相对高的亲和力。在本发明方法的这个优选变型中，实现了多价离子优选迁移到浓缩液或电解液中，而相反地，抑制了从浓缩液或电解液迁移出来进入槽液体中，因此，总体上，浓缩液中多价离子的浓度增加。
如果槽液体中不想要的多价离子与槽液体的分散成分的表面电荷具有相反的电荷，本发明方法尤其有利。在本发明打算使用的离子交换剂与槽液体之间的界面处，形成电膜电位(“道南电位(Donnan potential)”)，它使得分散成分静电排斥，因此抵消了由分散成分的迁移或静电吸引引起的离子交换膜的阻塞。因此，在本发明使用阳离子交换膜的情况下分散成分的表面电荷呈负性时以及在本发明使用阴离子交换膜的情况下分散成分的表面电荷呈正性时，这个效应始终发挥作用。
因此，本发明的优选方法一方面涉及从具有阳离子分散的固体含量的槽液体去除不想要的多价阴离子，并且另一方面涉及从具有阴离子分散的固体含量的槽液体去除不想要的多价阳离子，其中固体含量优选包含至少一种分散的有机粘合剂和/或至少一种分散的无机固体。
因此，在本文中，特别优选从含有阳离子分散的有机粘合剂体系的浸渍涂料例如从阴极浸渍涂料(CDC)去除不想要的多价阴离子例如磷酸根离子的方法，以及从含有阴离子分散的有机粘合剂体系的浸渍涂料例如从阳极浸渍涂料(ADC)去除不想要的多价阳离子例如锌、铝和铁离子的方法。
另外，已经发现，本发明的使用仅由阳离子交换剂组成的池组的方法非常适于使自泳槽再生，所述自泳槽代表含有阴离子分散的有机粘合剂以及铁(III)离子以及优选游离氟离子的酸性含水组合物。阴离子分散的有机粘合剂具有负ζ电位，即负表面电荷。典型的自泳槽描述于例如公开US 7,138,444B2(权利要求11；第13列第43行到第14列第28行)和WO 2010/066785(第5页第10行到第6页第7行；第19页第1到29行)中，该 文献在这里明确地引用，其中，特别是其中公开的自泳组合物的水溶性成分和其彼此的相对比例是打算在本发明中处理的槽液体的原型。
在具有适于由铁、锌和铝制成的金属表面的自泳涂料的粘合剂体系的含水组合物中，由于欲涂覆的金属表面的浸洗，在方法的技术应用中会发生金属铁、锌和铝的多价阳离子的明显富集。这种富集导致分散在自泳槽中的粘合剂体系不稳定，因此必须保持槽液体中这些多价阳离子的浓度的限制值，并且这些多价阳离子是在本发明的含义内的不想要的离子。
为了降低这些含水自泳槽中多价阳离子的比例，特别地降低铁离子、铝离子和锌离子的比例，以下根据本发明的方法尤其适合：
-其中，将来自含有槽液体的含水槽的槽液体的体积流VB和来自储存浓缩液的浓缩液储存器的含水浓缩液的体积流VK进料到用于电渗析的含有膜堆的池组中，所述含水浓缩液的体积流VK优选含有小于临界浓度的铁离子、铝离子或锌离子，所述膜堆仅包含阳离子交换剂并且在堆叠方向上在两侧由两个导电集电器确定界限，
-其中，体积流VB和VK在池组内分成部分体积流δi(VB)和δi(VK)，它们彼此空间分离地且与膜堆的膜系列的表面法线正交地流动通过由这个系列的直接相邻和间隔的膜形成的区段，其中，仅槽液体的部分体积流δi(VB)流动通过的所述膜系列的区段与仅浓缩液的部分体积流δi(VK)流动通过的所述膜系列的区段在堆叠方向上交替，其中，在所述膜系列的所述区段内，槽液体以层流方式在相邻的膜上流动，
-其中，膜堆在面向直接相邻的集电器的侧上的每个外膜与含水电解液接触，所述含水电解液与含水浓缩液和槽液体通过相应集电器和相应外膜形成的区段在空间上间隔，或另外供应以含水浓缩液的部分体积流δi(VK)的流动，
-其中，以一定间隔或持久地，向导电集电器施加电压，所述导电集电器与含水电解液和/或含水浓缩液接触，其中，电压足够高，以造成含水电解液和/或浓缩液电解分解，
-并且其中，槽液体的部分体积流δi(VB)在通过膜堆后合并，并且进料回含水槽中，而含水浓缩液的部分体积流δi(VK)在通过膜堆后合并，并且至少部分转移到浓缩液储存器中。
就降低槽液体中不想要的多价阳离子的浓度而言，降低有机粘合剂和/或无机固体的含水分散体的离子强度或其中某些多价离子的浓度的本发明方法的上述优选实施方案也完全适用于上述降低自泳槽中多价阳离子的含量的优选方法。
令人惊奇地，已经发现，甚至在含有游离氟离子的自泳槽中，也可有效地降低铁离子和铝离子的比例，尽管所述阳离子作为带负电荷的氟络合物以大比例存在于槽液体中。在本发明方法中，甚至那些与具有相反电荷的络合物处于化学平衡的不想要的多价离子也可令人满意地明显地从槽液体去除。
在另一个方面中，本发明还涉及用于电渗析的池组，其适于降低有机粘合剂和/或无机固体的含水分散体中多价离子的离子强度或浓度的本发明方法。
这种类型的用于电渗析的池组包括膜堆，所述膜堆由数量n个膜和n+1个平面构造的膜间隔件组成，所述膜间隔件各自包括确定内部空间的框架，所述内部空间可与堆叠方向正交地透过流体，其中所述n+1个膜间隔件与所述n个膜在堆叠方向上交替排列，其中所有膜代表阳离子交换剂或所有膜代表阴离子交换剂，并且不是膜堆的外部间隔件的至少一些膜间隔件选自用于层流的膜间隔件，其构造成为在其内部空间中具有多个与每个相应直接相邻的膜的线性接触区域，所述接触区域彼此间隔开，其中所形成的与至少一个直接相邻的膜的线性接触区域以彼此相同的取向延伸并且不交叉，并且线性接触区域彼此的平均距离不小于膜的间距，所述膜在其表面法线方向上由这些膜间隔件彼此间隔开。
如果流体可与膜的堆叠方向正交地在至少一个方向上完全流动通过间隔件的内部空间，则在本发明的含义内，膜间隔件的内部空间可透过流体。
根据本发明，用于层流的膜间隔件使得流体基本上能够在层流边界层的外面沿着由间隔件间隔开的直接相邻的膜的轮廓前行，并且流动不分开或不变成湍流，因此，在膜间隔件内形成稳态，所述流体当以不大于0.1m/s的平均流速流动通过膜间隔件时动态粘度为至少0.8mPas。
根据本发明，如果与相应膜的每个线性接触区域可假设地通过将其旋 转不大于45°、优选不大于20°与其它接触区域中的每个平行对齐，不是膜堆的外部间隔件的那些膜间隔件具有在由框架确定界限的内部空间中以相同的取向延伸的多个与相应直接相邻的膜的线性接触区域。
本发明的用于电渗析的池组因以下事实而与众不同：其包括用于层流的膜间隔件，所述膜间隔件由于其与至少一个间隔开的膜的线性接触区域并且由于使这些线性接触区域彼此之间具有最小间距而能够以几乎均质的流场实现流体的定向通流，因此，平均流速不大于0.1m/s且动态粘度为至少0.8mPas的流体既不变成湍流也不形成延伸到流体可透过的内部空间中的层流边界层。在本发明方法中使用这种池组具有以下优点：当槽液体流动通过用于层流的膜间隔件时，其仅暴露于低剪切应力，并且因此不会造成分散在槽液体中的固体部分聚结。
在本文中，以下池组优选：用于层流的膜间隔件在堆叠方向上将直接相邻的膜间隔开至少10-3m，以在不大于0.1m/s的流体的平均流速下在区段内仅具有低剪切力。
在池组的优选实施方案中，用于层流的膜间隔件在池组中沿堆叠类似地对齐。因此，优选地，用于层流的膜间隔件在池组内相对于其线性接触区域类似地对齐，所述线性接触区域在相应内部空间中以彼此相同的取向延伸并且不交叉。如果在此类间隔件的内部空间中的这些线性接触区域中的每一个可假设地通过将其旋转不大于45°、优选不大于20°与其它用于层流的膜间隔件的内部空间的各线性接触区域平行对齐，那么所述用于层流的膜间隔件处于优选排列。
用于层流的膜间隔件的相同排列使得在本发明方法中在各情况下部分体积流δi(VB)可在池组中的类似点进料到合适的区段中，并且因此在各情况下在池组中的类似点从区段流出。
此外，用于层流的膜间隔件优选以一定方式堆叠在池组中，以使其在内部空间中所具有的与至少一个直接相邻的膜的线性接触区域始终在相同侧上沿堆叠与直接相邻的膜接触，所述接触区域以彼此相同的取向延伸并且不交叉。由于在本发明方法中池组中膜间隔件的这种优选排列，可在槽液体流动通过的区段内在该膜上实现最佳层流，在靠近其表面处由于电场而富集分散的固体部分，因此可通过在这个区域中的低剪切应力而有效地抑制聚结。例如，在槽液体流动通过的区段内，阴离子分散的粘合剂成分富集在膜的面向阳极的一侧上，因此，在本发明方法中，仅在这些界面处的最佳流动已经可抑制粘合剂成分的聚结，所述最佳流动借助用于层流的膜间隔件的特殊构造和排列而实现。
当然，通常优选地，各用于层流的膜间隔件在内部空间中具有多个间隔开的与两个相应直接相邻的膜的线性接触区域，其中，与直接相邻的膜之一的相应线性接触区域以彼此相同的取向延伸并且不交叉，并且与直接相邻的膜之一的相应线性接触区域之间的平均距离不小于膜之间的间距，所述膜在其表面法线方向上由相应膜间隔件彼此间隔开。
同样，用于层流的膜间隔件应在内部空间中具有尽可能少的与直接相邻的膜的接触区域，当流体沿线性接触区域流动通过时所述接触区域促进湍流。因此，以下池组优选：用于层流的膜间隔件在内部空间中各自没有另外的任何其它类型的与一个或两个相应直接相邻的膜的接触区域，例如点状的接触区域，彼此的平均距离小于直接相邻的膜彼此的距离的两倍，并且优选地，在各情况下，没有另外的任何其它类型的与相应直接相邻的膜的接触区域。
尤其优选地，本发明池组中用于层流的膜间隔件的线性接触区域是直线的，并且优选地，其长度为在直线接触区域的方向上内部空间范围的至少50％、尤其优选至少80％。
在池组的优选实施方案中，用于层流的膜间隔件不沿堆叠方向彼此直接跟随，因为当本发明的池组用于本发明方法中时，槽液体流动通过的区段始终由浓缩液流动通过的区段彼此间隔开，因此不需要以所有膜由用于层流的间隔件间隔开的方式装配池组。甚至有利地，用适合的膜间隔件以如下方式构造浓缩液流动通过的那些区段：实现浓缩液的湍流，以一方面确保在所述区段内以最强的可能对流快速质量转移，并且另一方面使浓度梯度的程度最小化。
因此，包括由偶数n个膜组成的膜堆的本发明池组尤其优选，其中在堆叠方向上池组至少每隔一个膜间隔件、尤其优选在堆叠方向上池组仅每隔一个膜间隔件是用于层流的膜间隔件。
在堆叠方向上池组仅每隔一个膜间隔件是用于层流的膜间隔件的优 选池组中，对于由间隔件引起的膜的间距，额外满足以下条件：
大于3，优选大于4，
其中
dL：是在与膜的表面垂直的方向上由用于层流的膜间隔件引起的膜的间距[m]，
dI：是在与膜的表面垂直的方向上由不是用于层流的间隔件并且不是外部间隔件的膜间隔件引起的膜的间距[m]，并且
x(VI；VL)：是相应区段体积因子，它表示膜间隔件和直接相邻的膜所跨越的区段体积内自由流体可透过的体积的份额[0<x(VI；VL)≤1]。区段体积对应于由膜间隔件的框架和直接相邻的膜确定界限的体积。因此，相应区段体积等于对应膜间隔件的内部空间的体积。当在本发明方法中使用本发明的池组时，区段体积因子x(VI；VL)与区段体积因子x(VK；VB)相同。
如果满足这个附加的条件，那么在不是用于层流的间隔件并且不是外部间隔件的膜间隔件的区段体积中，当流体流动通过它们时，促进快速对流。当此类池组用于本发明方法中时，加上在池组的其余区段中存在槽液体的层流，快速对流又有利于浓缩液在不是用于层流的膜间隔件并且不是外部间隔件的区段中的有效混合。
同样，优选地，池组中用于层流的膜间隔件相对于彼此的排列方式使得：以沿所有间隔件与相应直接相邻的膜的线性接触区域以相同的取向发生层流。以这种方式，可使部分体积流以一致的方向通过这些膜间隔件。
特别地，如果各用于层流的膜间隔件在一侧在堆叠方向上以相同的方式由选择性地可透过多价离子的膜确定界限，并且在另一侧在堆叠方向上以相同的方式由选择性地可透过单价离子的膜确定界限，那么本发明的池组非常适合用于降低具有分散的固体含量的槽液体的离子强度的方法。
用于层流的膜间隔件在其由框架确定界限的内部空间中的优选构造方式使得：它们具有多个彼此以一定距离排列的间隔件元件，其中提供至少一个固定元件，所述固定元件在各情况下将间隔件元件连结到直接相邻的间隔件元件，以确保间隔件元件相对于彼此在固定的位置上，并且其中， 各间隔件元件具有与一个直接相邻或间隔开的膜线性接触的膜接触区域或与两个直接相邻或间隔开的膜线性接触的两个相对的膜接触区域，其中所有间隔件元件的所有仅与直接相邻的膜之一线性接触的膜接触区域与堆叠方向正交并且彼此以相同的取向延伸。
在这种情况下，间隔件元件优选采取梁状棒的形式，它们通过一个或多个与棒的线性排列横向的固定元件连结在一起。
用于层流的膜间隔件的间隔件元件的线性膜接触区域的宽度优选不大于5×10- 3m，尤其优选不大于10-3m，但优选至少为2×10-4m。
此外，优选地，固定元件与间隔件元件的连结方式使得：膜间隔件的固定元件在内部空间中不具有与至少一个直接相邻的膜线性接触的膜接触区域，所述膜跨越一个或多个间隔件元件的接触区域，并且固定元件尤其优选在内部空间中不具有与至少一个直接相邻的膜线性接触的膜接触区域，并且特别地，固定元件在内部空间中不具有与至少一个直接相邻的膜接触的膜接触区域。
此外，根据本发明，以下池组优选：用于层流的膜间隔件的间隔件元件将区段体积或两个直接相邻或由膜间隔件间隔开的膜之间的间隔件的内部空间分成多个较小的单个体积，所述体积在空间上与堆叠方向正交地彼此分开。
根据本发明，以下池组优选：各用于层流的膜间隔件的区段体积因子x(VL)为至少0.5，尤其为至少0.75。
原则上，质量转移可利用的膜面积尽可能地大的池组优选。另一方面，将直接相邻的膜间隔开的膜间隔件肯定与这些膜具有接触区域。因此，在池组的另一个优选构造中，膜间隔件的构造方式使得：在间隔件的内部空间中，所有间隔件元件与直接相邻的膜之一的膜接触区域的接触面积总计不大于由间隔件的框架所包围的相应膜面积的50％。
根据本发明，以下池组优选：不是用于层流的膜间隔件并且不是外部膜间隔件的各膜间隔件的区段体积因子x(VI)小于0.5，尤其优选小于0.25。在池组的尤其优选的实施方案中，所有不是用于层流的膜间隔件并且不是外部膜间隔件的膜间隔件与直接相邻的膜之一具有许多交叉线性和/或点状的接触区域，其中，在相应直接相邻的膜上交叉和点状的接触区域的相互 面密度(reciprocal areal density)小于直接相邻的膜之间的间距的平方的12倍，优选小于6倍。这导致流动通过这些间隔件的流体可能地最强烈地混合，其中与用于层流的膜间隔件的内部空间中的流场相比，存在高剪切应力。池组的这些不是用于层流的膜间隔件并且不是外部膜间隔件的膜间隔件优选选自无纺布、纺织织物或编织织物，其中线的宽度优选小于10-3m，尤其优选小于2×10-4m，并且无纺布、纺织织物或编织织物还用以间隔开直接相邻的膜，由此无纺布、纺织织物或编织织物显示与两个直接相邻的膜的接触区域。
膜间隔件的框架用以确定区段体积的界限，由此在池组中承担密封的功能，也就是，它由于确定可与流体接触的直接相邻的膜部分的界限而防止流动通过间隔件的内部空间的流体泄漏。因此，平面构造的框架可额外具有薄的弹性涂层，所述涂层进一步改善池组的密封。
本发明池组中的膜间隔件的内部空间和框架可刚性地连结在一起，由此框架已经足够地或额外稳定流体可透过的内部空间中的间隔件元件，所述元件用于间隔开和接触直接相邻的膜。在间隔件的这种构造中，框架可因此承担固定元件的功能，因此在间隔件的内部空间中可任选地省略固定元件。
然而，本发明池组中的膜间隔件的内部空间和框架还可设计成两个部分，由此间隔件的框架和内部空间的结构元件代表池组的单个部件。由于框架确定流体可透过的内部空间的界限，因此将诸如间隔和固定元件的结构元件插入由膜间隔件的两部分构造中的框架提供的凹槽中，所述结构元件在间隔件的内部空间中用于间隔开并接触直接相邻的膜。
根据本发明，膜间隔件的框架的构造和排列方式使得：流体A(例如槽液体)的部分体积流可流动通过间隔件的相应内部空间，并且流体B(例如浓缩液)可在堆叠方向上流动通过框架。出于这个目的，框架优选在相对侧上一方面具有通孔，例如钻孔，并且另一方面具有分配孔，例如T形钻孔或凹槽朝向间隔件的相应内部空间的普通钻孔。尽管流体可穿过通孔流动通过框架而不进入间隔件的内部空间中，但分配孔的目的是容许流体的部分体积流流动通过间隔件的内部空间并在相同间隔件的分配孔(其在框架中相对并因此与之对应)处从内部空间流出。对于本发明池组在本发明方 法中的使用，对于将槽液体与浓缩液分开，以下池组构造优选：膜间隔件的框架在堆叠方向上交替排列方式使得：以使通孔(例如普通钻孔)接合分配孔(例如T形钻孔)，且反之亦然。由此，池组的膜同样在与间隔件的框架的接触区域中在框架具有通孔或分配孔的点处具有通孔。
本发明池组中的膜间隔件优选由当用于本发明方法中时在含水浓缩液、含水电解液和含水槽液体中不腐蚀的材料、因此尤其优选由塑料或惰性金属制成。
在池组的优选实施方案中，膜的表面法线和膜间隔件始终位于堆叠方向上。这个实施方案在池组的设计中易于执行，因此优选。
在另一个实施方案中，本发明池组的膜堆在堆叠方向上在两侧由两个导电集电器确定界限，所述导电集电器安置在两个外部膜间隔件上。
另外，优选地，本发明池组的膜堆构造并装入外壳中的方式使得：流体A和B可与堆叠方向正交地流动通过膜堆，其中流体A仅流动通过用于层流的膜间隔件跨越并且由直接相邻的膜确定界限的区段体积，而不会在外壳内与流体B有任何混合，所述流体B仅流动通过任何其它膜间隔件跨越并且由直接相邻的膜确定界限的区段体积。
集电器通常由金属材料制成，并且优选与膜和膜间隔件具有相同的形状；集电器以及膜和间隔件尤其优选呈矩形和板状形式。作为金属材料，尤其可使用耐腐蚀合金，例如镍-钼合金()或层压有铂或石墨的金属或金属导电支撑材料。除所要求的电极材料的耐腐蚀性和耐磨性以外，经济上可行的方法还要求，用于分解电解液的对应电化学部分反应的电极材料展示最低的可能过电压，因此，集电器通常涂覆有元素铂、钌和/或铱的贵金属。
下文通过实例，使用单个示例性实施方案参考附图描述本发明。这些附图显示如下：
图1在分解的透视图中示出了本发明的优选池组的示意性布局图；
图2示出了根据图1本发明的优选池组的用于层流的膜间隔件的示意性透视投影；
图2a示出了图2的膜间隔件沿平面A-A的示意性横截面图；
图3示出了根据图1本发明的优选池组的膜间隔件的示意性透视投影， 所述膜间隔件不是用于层流的间隔件；
图4示出了根据图1优选池组的膜的示意性透视投影；
图5示出了根据图1确定池组的界限的集电器的示意性透视投影。
图1在分解的透视图中示出了本发明的优选池组100的示意性布局图。池组100包括膜系列107，它们由膜间隔件200、300彼此间隔开，其中相应膜间隔件200、300与直接相邻的膜400a、400b或与相邻的集电器500、500'形成区段108a、108b、108c。在堆叠方向上，池组100每隔一个膜间隔件200、300是用于层流的膜间隔件200。池组100在堆叠方向上在两侧由集电器500确定界限，所述集电器由根据欧洲标准Werkstoffnummer(材料编号)为1.4401的不锈钢组成(见图5)。池组100的所有膜400a、400b在边缘区域中具有普通钻孔109作为通孔，其容许浓缩液和槽液体在堆叠方向上流动通过。对应地，所有沿堆叠的膜间隔件200、300与膜400a、400b的普通钻孔109相符地并且沿膜间隔件200、300的相对边缘区域交替地具有分配器元件110(其额外容许流动通过单个区段108a、108b、108c)和普通钻孔109作为通孔，其中，在堆叠方向上，膜间隔件300、200的分配器元件110接合直接相邻的膜间隔件200、300的普通钻孔109，且反之亦然。在两个集电器500中，同样存在普通钻孔109，其用于两种体积流-浓缩液的VK和槽液体的VB的入口101、102和出口103、104。在本发明的这种类型的池组100中，体积流VK和VB可相应地在集电器上的相应入口101、102处进料，随后在池组100的相应区段108中分成相应部分体积流δi(VK)105和δi(VB)106，它们又在膜间隔件200、300内与堆叠方向正交地在膜间隔件200、300的相邻边缘区域之间流动，所述膜间隔件沿膜400提供有分配器元件110，并且随后可在出口103、104处合并作为体积流VK和VB去除，而两种体积流VK和VB在池组100内不会有任何混合。在本发明的这个优选实施方案中，所有部分体积流δi(VK)105仅流动通过区段108b、108c的膜间隔件300，而所有部分体积流δi(VB)106仅流动通过池组100的区段108a的用于层流的膜间隔件200。
图2示出了如图1中的本发明的优选池组100的用于层流的膜间隔件200的示意性透视投影。用于层流的膜间隔件200具有框架203和在内部空间204中延伸的其它间隔件元件，所述间隔件元件采取棒201的形式，各自具有直线的膜接触区域202。在这种形式的膜间隔件200中，框架203用于确定流体可透过的内部空间204的界限并且用作固定元件，所述固定元件将采取棒201形式的间隔件元件连结在一起。在用于层流的膜间隔件200的框架203的相对侧上，交替嵌入作为通孔的普通钻孔205和作为分配器元件的T形钻孔206，其中T形钻孔206的嵌入方式使得：流体的部分体积流可流动通过这些T形钻孔206进入由框架203确定界限的膜间隔件200的内部空间204中，并且沿棒201通过内部空间204，以在各情况下在框架203的相对侧上通过对应的T形钻孔206从内部空间204流出。
图2a示出了图2的膜间隔件200沿平面A-A的示意性横截面图，所述膜间隔件具有位于框架中的普通钻孔205和T形钻孔206，所述钻孔嵌入膜间隔件200的框架203中，所述框架确定流体可透过的内部空间204的界限。
图3示出了如图1中的本发明的优选池组的膜间隔件300的示意性透视投影，所述膜间隔件不是用于层流的间隔件。膜间隔件300具有框架303和在内部空间304中延伸的间隔件元件，所述间隔件元件采取平织的纺织织物301的形式，由此产生点状的膜接触区域302。这里的框架303以纺织织物301与橡胶弹性材料的复合材料实现，因此，纺织织物301的边缘区域中的自由空间充满橡胶弹性材料，并且框架303的厚度大致对应于纺织织物的厚度。在膜间隔件300的框架303的相对侧上，交替嵌入作为通孔的普通钻孔305和作为分配器元件的具有凹槽的普通钻孔306，其中分配器元件的普通钻孔306的凹槽的嵌入方式使得：流体的部分体积流可流动通过这些钻孔306进入膜间隔件300的由框架303确定界限的内部空间304中并通过内部空间304，以在框架303的相应相对侧上通过对应的具有凹槽的普通钻孔306从内部空间304流出。
图4示出了根据图1的优选池组100的膜400a的示意性透视投影。膜400a在相对侧上在边缘区域中具有通孔，其中，在每一侧上，具有用于层流的膜间隔件200的区段的通孔401与具有不是用于层流的间隔件的膜间隔件300的区段的通孔402交替。这里，通孔402和401构造成普通钻孔。膜400b的对应的示意性透视投影与图4相同。
图5示出了根据图1确定池组100的界限的集电器500之一的示意性透视投影，所述集电器在边缘区域中具有普通钻孔505、506，用于体积流-浓缩液的VK105和槽液体的VB106的入口或出口。将电绝缘套筒503嵌入普通钻孔505、506中。集电器500由根据欧洲标准Werkstoffnummer(材料编号)为1.4401的不锈钢组成。确定池组100的界限的两个集电器500的构造相同，并且在本发明方法的操作中仅由于以下事实而有所不同：一个集电器500的普通钻孔505、506在池组100中代表体积流-浓缩液的VK105和槽液体的VB106的入口点，而相对的另一个集电器500的普通钻孔505、506是体积流-浓缩液的VK105和槽液体的VB106的对应的出口点。
附图标记列表：
100 池组
101 浓缩液体积流的入口
102 槽液体体积流的入口
103 浓缩液体积流的出口
104 槽液体体积流的出口
105 部分体积流δi(VK)
106 部分体积流δi(VB)
107 膜系列
108a 部分体积流δi(VB)的区段
108b 部分体积流δi(VK)的区段
108c 由集电器500和膜400a确定界限的区段
109 普通钻孔
110 分配器元件
200 用于层流的膜间隔件
201 棒
202 膜接触区域
203 框架
204 内部空间
205 用于浓缩液的普通钻孔
206 用于槽液体的T形钻孔
300 膜间隔件
301 纺织织物
302 膜接触区域
303 由橡胶弹性材料和纺织织物制成的框架
304 内部空间
305 用于槽液体的普通钻孔
306 用于浓缩液的具有凹槽的普通钻孔
400a 外膜
400b 内膜
401 具有膜间隔件200的区段体积的通孔
402 具有膜间隔件300的区段体积的通孔
500 集电器
501 支撑板
503 绝缘套筒
505 用于浓缩液的普通钻孔
506 用于槽液体的普通钻孔

Claims (20)

1.一种用于电渗析的池组(100)，其包括膜堆，所述膜堆由数量n个膜(400a、400b)和平面构造的n+1个膜间隔件(200、300)组成，所述膜间隔件各自包括确定内部空间(204、304)的框架(203、303)，所述内部空间可与堆叠的方向正交地透过流体，其中所述n+1个膜间隔件(200、300)与所述n个膜(400a、400b)在堆叠的方向上交替排列，其中所有膜(400a、400b)代表阳离子交换剂或所有膜(400a、400b)代表阴离子交换剂，并且至少一些不是膜堆的外部间隔件的所述膜间隔件(200、300)选自用于层流的膜间隔件(200)，所述用于层流的膜间隔件的构造方式使得在其流体可透过的内部空间(204)中具有多个与每一个相应直接相邻的膜的线性接触区域(202)，所述接触区域彼此间隔开，其中与至少一个直接相邻的膜所形成的所述线性接触区域(202)以彼此相同的取向延伸并且彼此不交叉，并且所述线性接触区域彼此的平均距离不小于所述膜的间距，所述膜在其表面法线方向上由所述膜间隔件(200)彼此间隔开。
2.根据权利要求1所述的池组(100)，其包括由偶数n个膜(400a、400b)组成的膜堆，其中所述池组(100)的所述膜间隔件(200、300)的至少在堆叠的方向上是第二个膜间隔件的每个间隔件是用于层流的膜间隔件(200)。
3.根据权利要求1或2所述的池组(100)，其特征在于，所述用于层流的膜间隔件(200)在所述内部空间(204)中各自没有另外的任何其它类型的与一个或两个相应直接相邻的膜的接触区域，其彼此的平均距离小于所述直接相邻的膜彼此的距离的两倍。
4.根据权利要求1或2所述的池组(100)，其特征在于，所述用于层流的膜间隔件(200)在所述内部空间(204)中的所述接触区域(202)是线性的。
5.根据权利要求1或2所述的池组(100)，其特征在于，所述用于层流的膜间隔件(200)在堆叠的方向上将所述直接相邻的膜间隔开至少10-3m。
6.根据权利要求1或2所述的池组(100)，其特征在于，所述用于层流的膜间隔件(200)在所述内部空间(204)中具有多个彼此以一定距离排列的间隔件元件(201)，其中提供至少一个固定元件，所述固定元件在各情况下将间隔件元件(201)连结到直接相邻的间隔件元件(201)，以确保所述间隔件元件(201)相对于彼此在固定的位置上，并且其中，每个间隔件元件(201)具有与一个直接相邻的膜线性接触的膜接触区域或与两个所述直接相邻的膜线性接触的两个相对的膜接触区域(202)，其中所有间隔件元件(201)的所有仅与直接相邻的膜之一线性接触的膜接触区域(202)与堆叠的方向正交并且彼此以相同的取向延伸。
7.根据权利要求6所述的池组(100)，其特征在于，所述至少一个固定元件连结到所述间隔件元件(201)的方式使得：所述间隔件(200)的至少一个固定元件在所述内部空间(204)中没有与至少一个所述直接相邻的膜线性接触的膜接触区域，所述膜跨越与一个或多个所述间隔件元件(201)的接触区域(202)，并且所述膜间隔件(200)的至少一个固定元件在所述内部空间(204)中没有与至少一个所述直接相邻的膜线性接触的膜接触区域。
8.根据权利要求1或2所述的池组(100)，其特征在于，每个用于层流的膜间隔件(200)在一侧在堆叠的方向上以相同的方式由选择性地可透过多价离子的膜确定界限，并且在另一侧在堆叠的方向上以相同的方式由选择性地可透过单价离子的膜确定界限。
9.根据权利要求1或2所述的池组(100)，其特征在于，不是用于层流的膜间隔件的每个膜间隔件(300)在所述内部空间(304)中构造成无纺布、纺织织物(301)或编织织物。
10.一种降低含有分散的有机粘合剂和多价离子的含水槽中不想要的多价离子的浓度的方法，
-其中，将来自含有槽液体的所述含水槽的所述槽液体的体积流VB(102)和来自储存浓缩液的浓缩液储存器的含水浓缩液的体积流VK(101)进料到用于电渗析的池组(100)中，所述池组包括彼此间隔的多个膜(400a、400b)的膜堆，在所述槽液体中含有不想要的多价阳离子的情况下，所述膜堆仅包含阳离子交换剂，并且在所述槽液体中含有不想要的多价阴离子的情况下，所述膜堆仅包含阴离子交换剂，以及导电集电器(500)，所述集电器在堆叠的方向上在两侧确定所述膜堆的界限，
-其中，所述体积流VB(102)和VK(101)在所述池组(100)内分成部分体积流δi(VB)(106)和δi(VK)(105)，它们彼此空间分离地且与所述膜堆的膜(400a、400b)的系列(107)的表面法线正交地流动通过由膜(400a、400b)的系列(107)的直接相邻和间隔开的膜形成的区段(108a、108b)，其中，仅所述槽液体的部分体积流δi(VB)(106)流动通过的膜(400a、400b)的系列(107)的区段(108a)与仅所述浓缩液的部分体积流δi(VK)(105)流动通过的膜(400a、400b)的系列(107)的那些区段(108b)在堆叠的方向上交替，其中，在膜(400a、400b)的系列(107)的区段(108a)内，所述槽液体以层流方式在相邻的膜上流动，
-其中，所述膜堆(400a)在面向直接相邻的集电器(500)的侧上的每个外膜与含水电解液接触，所述含水电解液与所述含水浓缩液和所述槽液体在空间上由区段(108c)间隔开，所述区段(108c)由相应集电器(500)和相应外膜形成，或另外供应以所述含水浓缩液的部分体积流δi(VK)(105)的流动，
-其中，以一定间隔或持久地，向所述导电集电器(500)施加电压，所述导电集电器与所述含水电解液和/或所述含水浓缩液接触，其中，所述电压足够高，以造成所述含水电解液和/或所述浓缩液的电解分解，
-并且其中，所述槽液体的所述部分体积流δi(VB)(106)在通过所述膜堆后合并，并且进料回所述含水槽中，而所述含水浓缩液的所述部分体积流δi(VK)(105)在通过所述膜堆后合并，并且至少部分转移到所述浓缩液储存器中。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，具有部分体积流δi(VB)(106)的所述槽液体流动通过的所述池组(100)的所述区段(108a)内所述槽液体以米/秒为单位的平均流速对所述区段内在与所述膜的表面垂直的方向上所述膜之间以米为单位的间距的比率小于100，其中所述槽液体的所述平均流速不大于0.1m/s。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在由所述膜(400a、400b)的系列(107)形成的所述池组的所述区段(108a、108b)内满足以下条件：
大于3，
其中
δi(VB)表示所述区段(108)内槽液体的部分体积流(106)[m3/s]
δi(VK)表示所述区段(108)内浓缩液的部分体积流(105)[m3/s]
dB、dK表示在相应区段(108a、108b)中在与所述膜的表面垂直的方向上所述膜之间的间距[m]，并且
x(VK；VB)表示区段体积因子，它表示在各情况下流动通过的所述区段(108a、108b)内自由体积的比例
[0<x(VK；VB)≤1]。
13.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述电压通过恒电位脉冲施加，所述脉冲的持续时间在0.5秒到50秒的范围内，并且所述脉冲的暂停阶段在0.2秒到10秒的范围内。
14.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，含水电解液的体积流VE从储存所述含水电解液的电解液储存器进料到所述池组(100)中，并在所述池组内分成部分体积流δi(VE)，所述部分体积流与所述膜堆的外膜的所述表面法线正交地流动通过由所述集电器(500)和直接相邻的外膜形成的所述池组(100)的区段(108c)，并且，在流动通过所述池组(100)内的所述区段(108c)后合并，并且至少部分转移到所述电解液储存器中。
15.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，仅所述体积流VB和VK进料到所述池组(100)中，其中，在各情况下，所述含水浓缩液的部分体积流δi(VK)(105)流动通过由所述集电器(500)和直接相邻的外膜形成的所述池组(100)的所述区段(108c)，在通过所述池组(100)内的所述区段(108c)后，其与流动通过膜(400a、400b)的所述系列(107)的所述区段(108b)的所述含水浓缩液的其它部分体积流δi(VK)(105)合并。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，使用根据权利要求2所述的池组(100)，并且所述槽液体的部分体积流δi(VB)(106)仅流动通过膜(400a、400b)的所述系列(107)的所述区段(108b)，其中，所述直接相邻的膜(400a、400b)由用于层流的膜间隔件(200)间隔开。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述浓缩液中不想要的多价离子物质的浓度通过连续地或不连续地用电导率为至少1mScm-1并且不含多价离子的含水溶液替换所述含水浓缩液的部分体积而低于或保持低于临界浓度，其中对于不想要的多价离子物质的所述临界浓度，以下关系适用：
所述浓缩液中不想要的多价离子物质的临界浓度[mol/l]
cs(B)：所述槽液体中不想要的多价离子物质的浓度[mol/l]
ziuici(K)：所述浓缩液中与不想要的离子物质具有相同电荷的离子物质i的电荷数、离子迁移率和浓度的乘积
zjujcj(B)：所述槽液体中与不想要的离子物质具有相同电荷的离子物质j的电荷数、离子迁移率和浓度的乘积
zi、zj：所述离子物质i、j的电荷数
ui、uj：所述离子物质i、j的离子迁移率[m2s-1V-1]
ci、cj：所述离子物质i、j的浓度[mol/l]。
18.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述槽液体含有阴离子分散的粘合剂和不想要的多价阳离子，所述不想要的多价阳离子选自锌离子、铁离子和/或铝离子。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述槽液体中额外含有游离氟离子。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在面向阴极的侧上供应有所述含水浓缩液的流动或与所述含水电解液接触的膜(400a、400b)的所述系列(107)的所述膜(400a、400b)选择性地可透过不想要的多价阳离子，而在面向阳极的侧上供应有所述含水浓缩液的流动或与所述含水电解液接触的膜(400a、400b)的所述系列(107)的所述膜(400a、400b)选择性地可透过单价阳离子。
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